Cambios de acidez en hojas del maguey Agave salmiana Otto Ex Salm-Dyck dependientes de la edad de la hoja y la planta.

CAMPUS MONTECILLO POSTGRADO EN BOTÁNICA

CAMBIOS DE ACIDEZ EN HOJAS DEL MAGUEY

Agavesalmiana OTTO EX SALM-DYCK DEPENDIENTES DE

LA EDAD DE LA HOJA Y LA PLANTA

ERASMO VÁZQUEZ DÍAZ

T E S I S

PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN CIENCIAS

MONTECILLO, TEXCOCO, EDO. DE MÉXICO 2010

COLEGIO DE POSTGRADUADOS

La presente tesis, titulada: Cambios de acidez en hojas del maguey Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck dependientes de la edad de la hoja y la planta, realizada por el alumno: Erasmo Vázquez Díaz, bajo la dirección del Consejo Particular indicado, ha sido aprobada por el mismo y aceptada como requisito parcial para obtener el grado de:

MAESTRO EN CIENCIAS BOTÁNICA

ii

AGRADECIMIENTOS

Al Dr. José Rodolfo García Nava, Dra. Cecilia Beatriz Peña Valdivia, al nuevo Dr. Hugo Magdaleno Ramírez Tobías y Dr. Victorino Morales Ramos, integrantes de mi consejo particular; por su confianza, colaboración, apoyo, correcciones, paciencia y sugerencias valiosas, con las cuales fue posible concluir esta tesis. Que Dios los

bendiga, a ustedes y a sus familias.

Al Colegio de Postgraduados y a sus profesores, por la preparación académica y conocimientos compartidos en cada curso.

A los mexicanos, que gracias a sus impuestos el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), al cual también agradezco, me asignó la beca que permitió

realizar mis estudios de maestría.

Al Postgrado en Botánica, al Dr. Carlos Trejo, M.C. Ana Bertha Galicia, Sra. Irma y al Sr. Ricardo del laboratorio de fisiología vegetal ambiental y biofísica; por el apoyo y

facilidades otorgadas en el trabajo en laboratorio e invernadero. Al Dr. Juan Rogelio Aguirre Rivera del IIZD (UASLP), por las semillas de maguey facilitadas.

A quienes me encaminaron en el maravilloso mundo de las plantas de zonas áridas: Dra. Ceci Jiménez, M.C. Loraine Matías, Biól. Ruth Chávez, M.C. José

Hernández e Ing. Emiliano Sánchez.

A Balois, Rosario(s), Ayne, Huitzi, Gisela, Raquel, Guadalupe, Mayra, Samanta, Karla y demás compañeros, por el apoyo y amistad. A Omar, por los dibujos.

Al grupo San Luis.

iii DEDICATORIA

A mi familia y a mis padres: Erasmo Vázquez Martínez y Lucia Díaz Castelán. Al ángel que Dios mandó a nuestra familia, mi sobrina Noemí Medina Vázquez, a su hermanito y papá. En especial a mi hermana Victoria Vázquez Díaz, por el ejemplo

iv CONTENIDO

PAGINA

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN GENERAL ... 1

1.1. Literatura citada ... 4

CAPITULO II. REVISIÓN DE LITERATURA ... 6

2.1. Generalidades de los magueyes ... 6

2.2. Reproducción de los magueyes ... 7

2.3. Aspectos generales de la fotosíntesis ... 9

2.4. Rutas o caminos fotosintéticos ... 10

2.5. Metabolismo Acido de las Crasuláceas (MAC) ... 11

2.6. Plasticidad fisiológica del MAC ... 13

2.7. Identificación de plantas con MAC ... 13

2.8. Plantas con la ruta MAC... 14

2.9. Metabolismo acido de las crasuláceas en plántulas de maguey ... 15

2.10. Reproducción de magueyes por semilla ... 16

2.11. Literatura citada ... 17

CAPITULO III. TAMAÑO DE LA SEMILLA Y DESARROLLO DE LA PLÁNTULA DEL MAGUEY Agave salmiana OTTO EX SALM-DYCK ... 21

3.1. Resumen ... 21

3.2. Abstract ... 22

3.3. Introducción ... 23

3.4. Materiales y métodos ... 25

3.5. Resultados ... 28

3.6. Discusión ... 39

3.7. Conclusiones ... 42

3.8. Literatura citada ... 43

CAPITULO IV. CAMBIOS DE ACIDEZ EN HOJAS DEL MAGUEY Agave salmiana OTTO EX SALM-DYCK DEPENDIENTES DE LA EDAD DE LA HOJA Y LA PLANTA ... 46

4.1. Resumen ... 46

4.2. Abstract ... 47

4.3. Introducción ... 48

4.4. Materiales y métodos ... 50

4.5. Resultados ... 55

4.6. Discusión ... 65

4.7. Conclusiones ... 69

v

CAPITULO V. DISCUSIÓN GENERAL ... 72

5.1. Literatura citada ... 75

CAPITULO VI. CONCLUSIONES GENERALES... 77

vi

LISTA DE CUADROS

PÁGINA CUADRO1. Géneros y especies que conforman a la familia Agavaceae (Eguiarte y

Souza 2007). ... 7 CUADRO 2. Ejemplos de plantas que pueden cambiar de camino fotosintético de C3 a

MAC y los factores que promueven el cambio (Andrade et al., 2007). ... 13 CUADRO 3. Familias botánicas que tienen especies con MAC (Kluge y Ting, 1978). . 14 CUADRO 4. Ubicación geográfica y características del sitio de recolección de las semillas de las variantes Blanco, Chino y Liso de A. salmiana (Peña-Valdivia et al., 2006)... 26 CUADRO 5. Biomasa, longitud y anchura media de las semillas de tres variantes de A. salmiana formadas en la sección central de la infrutescencia (± error estándar). ... 29 CUADRO 6. Promedio de hojas cotiledonares emergidas de tres variantes de A.

salmiana 11 días después de la siembra de semillas realizada en verano de 2008 en invernadero (± error estándar). ... 32 CUADRO 7. Temperaturas máximas, mínimas absolutas y promedio registradas en un invernadero del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México durante los días transcurridos previos a la exposición de las hojas cotiledonares de tres variantes de A. salmiana. ... 33 CUADRO 8. Longitud media (mm) de hojas cotiledonares de tres variantes de A. salmiana expuestas en invernadero (± error estándar). ... 37 CUADRO 9. Días para exponer la primera hoja lateral en tres variantes de A. salmiana

vii

CUADRO 12. Biomasa húmeda (mg; ± error estándar) de las hojas laterales, con edad máxima de cinco meses (hoja 1), de tres variantes de A. salmiana crecidas en invernadero. ... 57 CUADRO 13. Biomasa, longitud y anchura media de las semillas de tres variantes de

viii LISTA DE FIGURAS

PAGINA FIGURA 1. Curva de asimilación de CO2 de una planta MAC bien irrigada y sus fases típicas de carboxilación y actividad de enzimas carboxilantes (Andrade et al., 2007). ... 12 FIGURA 2. Diseño de la siembra de semillas en invernadero de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey Agave salmiana. ... 27 FIGURA 3. Semillas de tres variantes de Agave salmiana del altiplano potosino zacatecano. ... 29 FIGURA 4. Distribución de la biomasa (mg) de 250 semillas de tres variantes del maguey Agave salmiana. ... 30 FIGURA 5. Germinación epigea de una hoja cotiledonar de la variante Chino de Agave salmiana crecida en invernadero en el Colegio de Postgraduados. ... 32 FIGURA 6. Porcentaje de emergencia de hojas cotiledonares de las variantes Blanco

, Chino y Liso de Agave salmiana crecidas en invernadero después de tres épocas de siembra. Cada punto representa el promedio de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas en verano y otoño del 2008 y 10 semillas en verano del 09). ... 34 FIGURA 7. Promedio de hojas cotiledonares emergidas de tres variantes de Agave

salmiana en invernadero en tres épocas de siembra. Barra izquierda indica el inicio y barra derecha el final del registro. Error estándar de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas en verano y otoño de 2008 y 10 semillas en verano de 2009). (dds)=días después de la siembra. Barras ausentes indican no registro de hojas cotiledonares. ... 35 FIGURA 8. Porcentaje medio de hojas cotiledonares expuestas de tres variantes de

Agave salmiana en invernadero. Variante Blanco B

C, Chino B C

L y Liso

ix

FIGURA 11. Maguey con cinco meses de edad que muestra restos de la hoja cotiledonar y el orden de crecimiento de las hojas laterales, numeradas en orden creciente de la más antigua a la más joven. ... 53 FIGURA 12. Cambios de acidez de la hoja cotiledonar de las variantes Blanco (),

Chino () y Liso () de Agave salmiana crecidas en invernadero durante:(A) verano y otoño (B) de 2008 y verano de 2009 (C). La edad de las hojas era 21, 48 y 28 días en A, B y C, respectivamente. Cada punto es el promedio de tres repeticiones, las barras sobre cada valor medio representa el error estándar. Líneas diagonales indican el periodo nocturno. ... 60 FIGURA 13. Cambios de acidez de la hoja cotiledonar de las variantes Blanco (),

Chino () y Liso () de Agave salmiana crecidas en invernadero durante:(A) verano y (B) otoño de 2008. Cada punto es el promedio de tres repeticiones, las barras sobre cada valor medio representan el error estándar. Líneas diagonales indican el periodo nocturno. ... 61 FIGURA 14. Cambios de acidez de las hojas laterales de las variantes Blanco, Chino y Liso de Agave salmiana crecidas en invernadero durante verano de 2008. La edad máxima es de cinco meses en la hoja lateral 1. Cada punto es el promedio de tres repeticiones, las barras sobre los valores representan el error estándar (hoja lateral: 1, 2 , 3 , 4 , 5  y 6 ). ... 63 FIGURA 15. Cambios de acidez de las hojas laterales de las variantes Blanco, Chino y

x

CAMBIOS DE ACIDEZ EN HOJAS DEL MAGUEY Agave salmiana

OTTO EX SALM-DYCK DEPENDIENTES DE LA EDAD DE LA HOJA Y LA PLANTA Erasmo Vázquez Díaz, M. C.

Colegio de Postgraduados, 2010

Se evaluaron los cambios de acidez titulable cada cuatro horas durante un ciclo de 24 h y la acumulada en el periodo diurno y nocturno de dicho ciclo. Lo anterior de hojas cotiledonares y hojas laterales con edad promedio de uno y hasta cinco meses de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey Agave salmiana de San Luis Potosí, México. Las plantas se obtuvieron a partir de semillas y crecieron en invernadero en el Colegio de Postgraduados en verano y otoño del 2008 y en verano del 2009 sin restricción de humedad y fotoperiodo natural. También se evaluaron las características morfológicas de las semillas de las tres variantes. Se investigo el tiempo y la proporción de la emergencia de la plántula (emergencia de la hoja cotiledonar) y fueron registradas la exposición de las hojas laterales (pencas). La biomasa media de las semillas fluctuó entre 10.7 y 14.5 mg entre variantes; la variante Blanco tuvo las semillas con la menor biomasa (10.8 mg), longitud y anchura (7 y 5.4 mm respectivamente) del grupo, la variante Liso las de mayor biomasa (14.5 mg) y la variante Chino las de dimensiones mayores (8.4 mm de longitud y 6.5 mm de anchura). El porcentaje medio de humedad de las semillas fue 7.0 % sin diferencias estadísticas entre variantes. La hoja cotiledonar (plántula) emergió primero en la variante Blanco después de cada siembra. El 54% de las semillas sembradas logró establecer un maguey nuevo. Con temperatura media de 22º C (y mínima de hasta -4 °C) en otoño 2008, la longitud de las hojas cotiledonares alcanzó 20.4 mm en cinco meses. No se detectó la fluctuación de acidez típica MAC en las hojas cotiledonares de las tres variantes cuando tuvieron un mes de edad, pero con cinco meses comenzaron a exhibir una fluctuación de acidez MAC incipiente. Durante el ciclo de 24 h las hojas laterales, con edad cercana a los cinco meses, presentaron fluctuaciones de acidez parecida al MAC.

xi

ACIDITY CHANGES OF MAGUEY Agavesalmiana

OTTO EX SALM-DYCK RELATED WITH THE AGE OF THE LEAF AND PLANT Erasmo Vázquez Díaz, M. C.

Colegio de Postgraduados, 2010

Changes of titratable acidity in cotyledon and lateral leaves was assessed every 4 h during a 24 h period. Also, the accumulated acidity was compared between the nocturnal and the diurnal period. The cotyledon and lateral leaves had an average age of one and five months old. In addition, the seed morphology was studied and the moisture content of three accessions of maguey Agave salmiana (Blanco, Chino and Liso) from San Luis Potosí, Mexico. Plants were obtained from seeds and grown in the summer and fall 2008 and in the summer 2009, in a greenhouse at the Colegio Postgraduados, Mexico. The plants grew with adequate watering and natural photoperiod. The seed weight range was from 10.8 mg (accession Blanco) to 14.5 mg (accession Liso). Seeds of the accession Blanco had the shortest length (7.1 mm) and wide (5.4 mm), whereas the accession Chino had the longest (8.4 mm) and wide (6.5 mm) seeds. The seed moisture content was of 7.0% among accessions (p≥0.05). Also, it was registered the time and the proportion of the seedling emergence (cotyledonar leaf) and the lateral leaf exposition. The cotyledonar leaf of the accession Blanco was the first to emerge after each season. The 54% of the seeds had a successful seedling emergence in average of the three seasons. The length of the cotyledon leaves (5 months old) reached 20.4 mm of plants grew with an average temperature of 22°C and a minimum of -4°C in the fall of 2008 . Cotyledon leaves one month old did not show the typical fluctuation of malic acid of the crassulacean acid metabolism (CAM) i.e. (higher malic acid content at night and low at midday). In contrast the CAM cycle in 24 h was observed in cotyledon and lateral leaves of approximately 5 months old.

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN GENERAL

Por su historia natural, etnobotánica y alta productividad en ambientes extremos, los magueyes son un recurso fitogenético importante de México (Colunga-GarcíaMarín et al., 2007; Ruíz et al., 2007). Estas plantas se distribuyen en 75% del territorio mexicano en el tipo de vegetación matorral xerófilo. Pertenecen al género Agave de la familia Agavaceae que es endémica del Continente Americano (Nobel, 1988; Aguirre R. et al., 2001; Arizaga y Ezcurra, 2002; García-Mendoza, 2007). Se ha reconocido necesario incrementar el conocimiento en varios aspectos de la biología de magueyes. Por ejemplo, determinar la ruta fotosintética que usan al iniciar su ciclo de vida y la propagación de individuos por semilla.

Los magueyes se reproducen con facilidad de manera asexual por medio de vástagos vegetativos, mejor conocidos como hijuelos o bulbilos (Tello-Balderas, 1988; Arizaga y Ezcurra, 2002; García-Mendoza, 2007). La reproducción de magueyes por semilla es decir de manera sexual, es un evento infrecuente en el ambiente silvestre (Jordan y Nobel, 1979). Desde el punto de vista fisiológico los magueyes se distinguen de la mayoría de las plantas, pues para la fotosíntesis usan la ruta conocida como metabolismo ácido de las crasuláceas (MAC) (Nobel, 1998).

Se sabe que la ruta MAC es una adaptación que adquirieron algunas plantas para sobrevivir en sitios con condiciones ambientales adversas. Entre ellas la escasez de humedad por periodos de tiempo prolongado y la temperatura extrema, principalmente alta. Dichas condiciones se presentan en las zonas áridas y semiáridas, regiones que comúnmente son ocupadas por magueyes (Hernández, 2006).

2

de desarrollo de la planta, y físicos como la luz, temperatura y humedad disponibles en el entorno (Cushman, 2001; Lütge, 2004).

Se menciona que las plantas MAC usan la ruta metabólica C3 en la etapa de plántula (Nobel, 1998). Sin embargo, algunos resultados experimentales señalan lo contrario. Wen et al., (1996) concluyeron que plántulas de Agaveattenuata crecidas sin restricción de humedad, expresaron la fluctuación de acidez tipo MAC. Es necesario señalar que el trabajo de Wen y sus colaboradores, es único en su tipo, pues no se localizó otro que usará plantas del género Agave. En Stenocereus beneckei (Cactaceae) se detectó que sus plántulas expresaron la fluctuación de acidez MAC al incrementar su edad (Ayala-Cordero et al., 2006). No obstante, las plántulas de Pereskia aculeata (Cactaceae) exhibieron la ruta metabólica C3 poco después de germinar (Altesor et al., 1992).

Es bien conocido que las plantas MAC ahorran agua pues sus estomas, al permanecer abiertos por la noche cuando la temperatura ambiental es menor, reducen su pérdida por evaporación. Lo anterior resulta relevante si se enfoca hacia la agricultura (Andrade et al., 2007). Ecológicamente, la adopción de la ruta MAC ha permitido que las plantas que la presentan, colonicen sitios con condiciones ambientales intolerables para la mayoría; sin embargo les confiere un crecimiento vegetativo lento (Jiménez-Sierra y Reyes-Santiago, 2003).

Algunos magueyes son propagados en poco tiempo en invernadero por medio de la siembra de semilla. Es el caso de la especie Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck, que en el altiplano potosino zacatecano se usa principalmente para fabricar mezcal (Aguirre R. et al., 2001). Al sembrar semillas de este maguey, se podrían obtener plántulas y cuantificar la acidez de los tejidos fotosintéticos de sus hojas. Lo anterior ayudaría a determinar, si al inicio del ciclo vital de este maguey se detecta la fluctuación de acidez MAC típica.

3

meses de edad de magueyes originados de semilla y crecidos sin restricción de humedad en invernadero de las variantes Blanco, Chino y Liso de A. salmiana.

Los objetivos particulares fueron, de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey A. salmiana:

i. Determinar el tamaño, dimensiones y contenido de humedad de la semilla.

ii. Describir el desarrollo de la plántula originada de semilla en invernadero. iii. Cuantificar el contenido de ácido málico en la hoja cotiledonar, con edad

promedio de uno y hasta cinco meses, durante un ciclo de 24 horas continuas.

iv. Cuantificar el contenido de ácido málico en las hojas laterales, con hasta cinco meses de edad, durante un ciclo de 24 horas continuas.

Las hipótesis planteadas fueron:

Ho 1: La hoja cotiledonar de las variantes Blanco, Chino y Liso de A. salmiana con uno y hasta cinco meses de edad, exhibe la fluctuación de acidez MAC.

Ho 2: Las hojas laterales de las variantes Blanco, Chino y Liso de A. salmiana con hasta cinco meses de edad, exhiben la fluctuación de acidez MAC.

Ho 3: La fluctuación de acidez MAC se presenta en la hoja cotiledonar y en las hojas laterales de las tres variantes del maguey A. salmiana independientemente de su edad.

4

1.1. Literatura citada

Aguirre R. J.R., Charcas-Salazar, H. y Flores-Flores, J.L. 2001. El maguey mezcalero potosino. Consejo Potosino de Ciencia y Tecnología. Instituto de Investigación de Zonas Desérticas. Universidad Autónoma de San Luis Potosí. San Luis Potosí. México. 87 pp.

Altesor, A., Ezcurra, E. and Silva, C. 1992. Changes in the photosynthetic metabolism during the early ontogeny of four cactus species. Acta Oecológica 13 (6), 777-785.

Andrade, J. L., De la Barrera, E., Reyes-García, C., Ricalde, M., Vargas-Soto, G. y Cervera, C. 2007. El metabolismo ácido de las crasuláceas: diversidad, fisiología ambiental y productividad. Boletín de la Sociedad Botánica de México (8), 137-50.

Arizaga, S. and Ezcurra, E. 2002. Propagation mechanism in Agave macroacantha (Agavaceae), a tropical arid-land succulent rosette. American Journal of Botany 89 (4), 632-641.

Ayala-Cordero, G., Terrazas, T., López-Mata, L. and Trejo, C. 2006. Morpho-anatomical changes and photosynthetic metabolism of Stenocereus beneckei seedlings under soil water deficit. Journal of Experimental Botany. 57(12): 3165-3174. Colunga-GarcíaMarín, P., Larqué-Saavedra, A., Eguiarte, L. y Zizumbo-Villarreal, D.

(Eds.) 2007. En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México.

Cushman, J. 2001. Crassulacean Acid Metabolism. A Plastic Photosynthetic Adaptation to Arid Environments. Plant Physiology 127(4): 1439-1448.

García-Mendoza, A. 2007. Los Agaves de México. Ciencias (87) 14:23.

Hernández, H. M. 2006. La vida en los desiertos mexicanos. Fondo de Cultura Económico. Secretaría de Educación Pública. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Convenio Andrés Bello. México. 188 pp.

5

Jordan, P.W. and P.S. Nobel. 1979. Infrequent establishment of seedlings of Agave deserti (Agavaceae) in the northwestern Sonoran desert. American Journal of Botany, 66: 1079-1084.

Lütge, U. 2004. Ecophysiology of Crassulacean Acid Metabolism (CAM). Annals of Botany (93), 629-652.

Nobel, P.S. 1988. Environmental Biology of Agaves and Cacti. Cambridge Univ. Press. Cambridge. 270 pp.

Ruíz, G., Peña-Valdivia, C., Trejo, L. y Sánchez, A. 2007. Reacción fisiológica del maguey (Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck) a la sequía intermitente. Revista de la Facultad de Agronomía. Universidad del Zulia, Venezuela Supl. (1) 318-325.

Tello-Balderas, J.J. 1988. Análisis gráfico-tabular de dos poblaciones silvestres de maguey mezcalero (Agave salmiana Otto ex Salm, ssp. Crassispina (Trel.) Gentry) en el altiplano potosino-zacatecano. Tesis de maestría en ciencias. Colegio de Postgraduados. Chapingo, México. 123 pp.

6

CAPITULO II. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1. Generalidades de los magueyes

El género Agave, al que pertenecen los magueyes, se originó hace 10 millones de años en México (Eguiarte y Souza, 2007). Los magueyes son plantas modificadas morfológica y fisiológicamente para soportar las condiciones ambientales de los sitios que habitan (García-Mendoza, 2007). Ejemplo de tales condiciones son las temperaturas altas, como las que se presentan en la región central de Jalisco en México, que alcanzan entre 7.5 y 17°C en la noche, y entre 25 y 34°C durante el día (Pimienta-Barrios et al., 2006). También soportan la baja disponibilidad de agua en el suelo; pues se ha determinado que los suelos arenosos, donde prosperan muchas de estas plantas, pueden alcanzar -10 megapascales (ψsuelo) (Nobel, 1998). Por lo anterior los magueyes desarrollaron como respuesta fisiológica, el metabolismo ácido de las crasuláceas (MAC), y modificaciones morfológicas, entre ellas hojas gruesas, suculentas y raíces poco profundas para acceder pronto al agua de lluvia (García-Mendoza, 2007).

Los magueyes se distribuyen desde el sur de Estados Unidos hasta el norte de Sudamérica, también en los países rodeados por el mar Caribe. En México son plantas silvestres que caracterizan el paisaje de gran parte del territorio. Se reconoce que la zona central de México, fue su centro de origen y diversificación (Rzedowski, 1978; Eguiarte et al., 2000; Arizaga and Ezcurra, 2002; García-Mendoza 2007). Los magueyes habitan en zonas tropicales, templadas y secas; pero abundan en las zonas áridas y semiáridas del centro y norte del territorio mexicano. Estas zonas abarcan casi la mitad del territorio nacional (Toledo y Ordoñez, 1998; Magallán-Hernández y Hernández-Sandoval, 2000).

7

Se ha reconocido que la taxonomía de la familia Agavaceae, a la que pertenecen los magueyes, es aún incompleta. Al respecto, se menciona que con estudios florísticos, etnobotánicos, de biología reproductiva y molecular, se podría caracterizar y delimitar con mayor detalle el germoplasma de estas plantas (Eguiarte y Souza, 2007 y García-Mendoza, 2007). Eguiarte y Souza (2007) reconocen que la familia contiene nueve géneros y que estos abarcan cerca de 300 especies. Por su parte, García-Mendoza (2007) sugiere que son cerca de 200 especies las que integran al género Agave y menciona que 150 de ellas se distribuyen solamente en México. Adicionalmente, Eguiarte y Souza (2007), consideran que más de 160 especies son las que integran al género (Cuadro 1).

Cuadro1. Géneros y especies que conforman a la familia Agavaceae. (Eguiarte y Souza 2007).

Géneros No. de especies No. en México

Yucca 49 29

Hesperoyucca 1 1

Hesperaloe 5 5

Beschorneria 7 7

Furcraea 25 11

Agave 166 125

Manfreda 28 27

Polianthes 13 13

Prochnyanthes 1 1

Total géneros: 9 295 219

2.2. Reproducción de los magueyes

8

Una forma de reproducción asexual es la propagación por clones. Lo anterior implica la formación de nuevos individuos vegetativos, conocidos también como rametos. Estos tienen el mismo genotipo de la planta madre y en conjunto forman un geneto o clon, el que puede ocupar áreas grandes del terreno. Los individuos vegetativos nuevos se forman a partir de meristemos de la planta progenitora y pueden ser obtenidos por medio de esquejes, bulbilos, o partes de la planta que se separan (Plasencia-López, 2003; Smith y Smith, 2001; Matías-Palafox, 2007).

La reproducción sexual en las plantas implica el desarrollo de flores, frutos y semillas, estructuras energéticamente costosas. En los magueyes, las flores y frutos se producen sólo una vez durante su ciclo de vida y después de la formación de estas estructuras la mayoría de las especies de maguey muere. Esta estrategia se conoce como semelparidad (Nobel, 1998; Eguiarte, et al., 2000; García-Mendoza, 2007).

La reproducción sexual en los magueyes tarda varios años en presentarse. Por ejemplo, en Agavelechuguilla puede ocurrir cuando los individuos alcanzan 20 años de edad (Reyes-Agüero et al., 2000). Se reconoce que la reproducción sexual es evolutivamente ventajosa porque involucra los principios de la selección natural al producir variación heredable (Plasencia-López, 2003). Se ha encontrado elevada variación genética en algunas especies de magueyes silvestres, pues presentan polinización cruzada, la cual es llevada a cabo principalmente por murciélagos, esfíngidos y abejas (Eguiarte y Souza, 2007).

9

En el henequén se han inducido tres síndromes de domesticación: gigantismo, mayor fibrosidad de hojas y hojas con menos espinas (Valenzuela-Zapata, 2003). Si bien, lo anterior es valioso para la agronomía e industria textil, también representa dificultades para estos monocultivos; pues al estar constituidos por plantas con un solo genotipo, las enfermedades causadas por agentes bien adaptados a ellos, resultan una amenaza. Se ha reconocido que la especie de la cual se obtiene el tequila enfrenta dicha situación (Ezcurra, 2007).

2.3. Aspectos generales de la fotosíntesis

La fotosíntesis es un fenómeno natural importante para el hombre. Pues de este depende la producción de alimentos y oxigeno. Sin embargo, la transformación de la energía luminosa proveniente del sol a energía química, es su principal característica (producción primaria) (Bidwell, 1993). La fotosíntesis consiste de dos grupos de reacciones desarrolladas en secuencia. Una no bioquímica, que requiere luz y otra química, catalizada por enzimas y que requiere CO2. Estas reacciones se llevan a cabo en tejidos celulares especializados de todas las plantas, algunas algas y cianobacterias. Para que ocurran dichas reacciones, los organismos denominados fotoautótrofos, requieren la energía de la luz del sol, bióxido de carbono y agua, con lo cual producen oxigeno molecular y carbohidratos como lo indica la siguiente ecuación (Bidwell, 1993).

10

la clorofila b, son los pigmentos fotosintéticos predominantes y los plastidios que contienen dichas clorofilas se denominan cloroplastos (Foyer, 1987).

La característica estructural más importante de los cloroplastos es la membrana tilacoide, esta es una red de membranas y es el sitio de las reacciones dependientes de la luz. La membrana tilacoide se encuentra suspendida en una matriz acuosa conocida como estroma y este es el sitio donde sucede la reducción del bióxido de carbono a carbohidratos (Horton et al., 1995).

2.4. Rutas o caminos fotosintéticos

Los términos ruta fotosintética o camino fotosintético son utilizados para referirse a la forma en que las plantas toman el CO2 atmosférico para realizar la fotosíntesis. Se conoce que más del 90% de las plantas terrestres presentan la ruta fotosintética C3. También se sabe que las plantas que usan esta ruta, en el pasado, tuvieron modificaciones que eventualmente originaron otras rutas. Estas otras rutas se conocen son la C4 y metabolismo ácido de las crasuláceas (MAC), (Raya-Pérez y Aguirre-Mancilla, 2008).

La ruta C4 la presenta plantas como el maíz (Zea mays) y la caña de azúcar (Saccharum officinarum). Se sugiere que esta ruta tuvo un origen polifilético, es decir, se presentó por primera vez en más de un grupo de plantas. También que apareció como consecuencia de la concentración baja de CO2 prevaleciente en la atmósfera de hace entre 7 y 5 millones de años (Raya-Pérez y Aguirre-Mancilla, 2008).

11

incorporado al ciclo de Calvin en una reacción catalizada por la Rubisco y continúa así la síntesis de carbohidratos. Similar es el proceso que sucede en las plantas con la ruta C3 (Andrade et al., 2007; Raya-Pérez y Aguirre-Mancilla, 2008).

2.5. Metabolismo Acido de las Crasuláceas (MAC)

El camino metabólico ácido de las Crasuláceas es reconocido como una adaptación fisiológica de las plantas para soportar el estrés ambiental. Se presenta en especies que habitan sitios donde prevalecen condiciones prolongadas de escasez de agua, como en las zonas desérticas, o de CO2 como en ambientes acuáticos (Hernández, 2006; Andrade et al., 2007).

Una de las principales características de las plantas que exhiben el MAC, es que la acidificación de sus tejidos fotosintéticos fluctúa en un periodo de 24 horas. Esto es, los tejidos con cloroplastos de estas plantas presentan valores mayores de acidez durante la noche y menores en el día. Quizá la primera persona que se percato de lo anterior fue Grew en 1682 con las plantas del género Aloe. La literatura relacionada con el tema menciona que De Sausure en 1804 registró el mismo hecho en plantas del género Opuntia; pero que entre los años 1813 y 1815, Heyne describió con mayor detalle este fenómeno observado en una especie de la familia Crasulaceae, razón por la cual, se incorporó el nombre de esta familia a la ruta fotosintética (Kluge y Ting, 1978; Nobel, 1998).

A partir del estudio bioquímico de la ruta MAC durante la últimas dos décadas, se han identificado las principales fases que la constituyen, los factores que afectan su expresión, las metodologías para su identificación y también se han postulado implicaciones biológicas, ecofisiológicas e incluso de carácter productivo de las plantas que la presentan (Andrade et al., 2007).

12

peso fresco. También se almacenan otros ácidos en menores proporciones, entre ellos el isocitrato, fumarato y succinato (Kluge y Ting, 1978). Al iniciar el periodo de luz consecutivo, el malato es descarboxilado y el CO2 liberado de este proceso se asimila en los cloroplastos por el ciclo C3 en el que la RUBISCO es la enzima carboxilante. Otra característica sobresaliente de estas plantas, es que sus estomas permanecen abiertos durante la noche en lugar del día (Kluge y Ting, 1978; Cushman, 2001; Andrade et al., 2007).

Se ha aceptado que la captura nocturna de CO2 es un fenómeno trascendental en el MAC y que presenta cuatro fases principales (Figura 1). Uno de los principales atributos bioquímicos y fisiológicos de las plantas MAC es la oscilación durante el día y la noche de la acidez de sus tejidos fotosintéticos; dicha oscilación es un fenómeno repetitivo y es utilizado para identificar esta ruta metabólica. Los factores que influyen en la expresión del MAC son de tipo biológico como el genotipo y la ontogenia; además de los ambientales como la cantidad de CO2, agua, luz, temperatura, salinidad y nutrientes disponibles (Cushman, 2001; Lütge, 2004; Corrales et al., 2004).

Figura 1. Curva de asimilación de CO2 de una planta MAC bien irrigada y sus fases típicas de carboxilación y actividad de enzimas carboxilantes (Andrade et al.,

13

2.6. Plasticidad fisiológica del MAC

La ruta MAC no sólo la presentan plantas de ambientes áridos. Se ha determinado que ciertas plantas que crecen en ambientes tropicales y acuáticos, exhiben la ruta MAC. Por lo anterior se considera una ruta con plasticidad fisiológica. Por ejemplo, la especie acuática Isoetes howelii fija el CO2 en la noche debido a la disminución de CO2 del agua durante el día por la actividad de otros organismos (Keeley and Bush, 1984). Ha sido posible identificar algunas particularidades de esta ruta en especies de algunas familias (Cuadro 2), pues tienen la capacidad de regular la captura del CO2 atmosférico entre la ruta C3 y MAC (Winter et al., 2008). En miembros del género Portulaca es posible el cambio de fotosíntesis C4 a MAC (Andrade et al., 2007).

Cuadro 2. Ejemplos de plantas que pueden cambiar de camino fotosintético de C3 a MAC y los factores que promueven el cambio (Andrade et al., 2007).

Especie Familia Factor inductor

Mesembryanthemumcrystallinum Aizoaceae Luz, agua o salinidad Sedumtelephium Crassulaceae Agua y luz

Tillandsiabrachycaulos y T. elongata Bromeliaceae Agua

Clusia minor Clusiaceae Agua, luz, temperatura, humedad relativa C. rosea Clusiaceae Agua, luz, temperatura,

humedad relativa

C. parviflora Clusiaceae Agua y luz

2.7. Identificación de plantas con MAC

14

cloroplastos es una técnica confiable y una de las más practicadas para identificar el MAC.

La acidez de los tejidos de las plantas MAC, es proporcional a la concentración de ácido málico almacenado en sus vacuolas (Osmond et al., 1994), y puede ser cuantificada por métodos químicos, entre ellos la titulación. Dicha acidez es expresada en unidades de concentración molar, normal (equivalentes) en porcentaje respecto a la biomasa fresca del tejido o relacionada al área o volumen del tejido utilizado (Rosenberg, 1982; Andrade et al., 2007). En la literatura y trabajos relacionados con la identificación de actividad MAC, la expresión de la acidez se reporta tanto en unidades de concentración molar, normal como en porcentajes.

2.8. Plantas con la ruta MAC

Se estima que 7% de las plantas vasculares presentan la ruta MAC. También se ha identificado en especies que integran entre 18 y 34 familias (Kluge y Ting, 1978; Winter et al., 2008). La mayoría de estas plantas tienen distribución intertropical (Cuadro 3), diversos hábitos de crecimiento entre ellos, el epifito (que crecen en árboles) y el epipetrico (que crecen entre rocas), así como distintas formas biológicas (árboles, arbustos, rosetas). Comúnmente se piensa que las plantas MAC habitan lugares áridos y semiáridos. Sin embargo, se ha reconocido que un alto número de especies tropicales epifitas son MAC, incluso que en conjunto, superan a las plantas de ambientes secos con esta ruta metabólica (Andrade et al., 2007).

Cuadro 3. Familias botánicas que tienen especies con MAC (Kluge y Ting, 1978).

Agavaceae Euphorbiaceae

Aizoaceae Geraniaceae

Asclepiadaceae Labiatae

Asteraceae Liliaceae

Bromeliaceae Oxalidaceae

Cactaceae Orchidaceae

Crassulaceae Piperaceae

Cucurbitaceae Portulacaceae

15

Varias plantas MAC coinciden en presentar modificaciones en su morfología y anatomía. Entre estas se reconocen la baja relación superficie-volumen, es decir, ocupan poco espacio, tienen cutícula gruesa en la epidermis de sus hojas y tallos, células con vacuolas grandes que sirven para almacenar agua (suculencia) y estomas pequeños con frecuencia baja y protegidos. Dichos caracteres les permiten reducir la pérdida excesiva de agua por respiración y ha ayudado a que puedan colonizar sitios donde prevalecen condiciones ambientales extremas (Cushman, 2001). Un ejemplo claro de plantas con estas modificaciones son los magueyes y los cactus y gracias a ellas también usan eficazmente el agua (Ezcurra, 2007).

No son pocas las especies MAC económicamente importantes. La piña (Annanas comosus), el nopal (Opuntia ficus-indica) y diversas especies de magueyes entre ellas Agave tequilana, A. lechuguilla y A. salmiana son las más conocidas (Bartholomew et al., 2002; García de Cortázar and Nobel, 1991; Pimienta-Barrios et al., 2007; Reyes-Agüero et al., 2000; Aguirre R. et al., 2001).

También, se ha señalado que la productividad (biomasa seca) de ciertas plantas MAC cultivadas es cercana a la de los cultivos con mayor demanda mundial. Por ejemplo, en el maguey A. salmiana se ha registrado una productividad de 42 Mg ha-1 año-1, que es cercana a la de ciertas plantas con metabolismo C3 y C4 como la alfalfa (Medicago sativa, C3) que alcanza de 21 a 34 Mg ha-1 año-1 y la caña de azúcar (Saccharum officinarum, C4) que alcanza 40 a 66 Mg ha-1 año-1 (Kluge y Ting, 1978; Andrade et al., 2007; Pimienta-Barrios et al., 2007).

2.9. Metabolismo acido de las crasuláceas en plántulas de maguey

16

Al respecto, el trabajo de Wen et al., (1996), concluye que la actividad MAC se presentó en plántulas de Agave attenuata desde el inicio de su desarrollo cuando crecieron en condiciones favorables de humedad. Lo anterior indica que en la etapa de plántula de este maguey no se presentó la ruta C3 esperada. Los autores sugieren que la expresión de la actividad MAC registrada en estas plántulas, obedece a factores genéticos de la especie y mencionan que dicha observación se debió a que el cotiledón y las hojas laterales sucesivas, estaban compuestos por células parenquimatosas con cloroplastos en toda la superficie de la hoja.

2.10. Reproducción de magueyes por semilla

El desarrollo del tallo floral o quiote, la formación de frutos y semillas en magueyes silvestres se observa cada año. Sin embargo, es infrecuente el establecimiento de individuos nuevos. Lo anterior se explica parcialmente por la escasa sobrevivencia de las plántulas a la temporada seca del año (Jordan y Nobel, 1979; Sánchez-Urdaneta et al., 2003; Valenzuela-Zapata, 2003). Bajo condiciones controladas se ha podido comprobar que la germinación de las semillas, la emergencia y establecimiento de las plántulas de algunos magueyes (como A. salmiana) es relativamente exitosa (Sánchez-Urdaneta et al., 2004). Lo anterior resulta ser del mayor interés científico, ya que es posible diseñar acciones como propagación de individuos generados a partir de semillas y después trasplantarlos en sus lugares de origen.

17

2.11. Literatura citada

Aguirre R. J. R., Charcas-Salazar, H. y Flores-Flores, J. L. 2001. El maguey mezcalero potosino. Consejo Potosino de Ciencia y Tecnología, Gobierno del Estado de San Luís Potosí e Instituto de Investigación de Zonas Desérticas, Universidad Autónoma de San Luís Potosí.

Andrade, J. L., De la Barrera, E., Reyes-García, C., Ricalde, M., Vargas-Soto, G. y Cervera, C. 2007. El metabolismo ácido de las crasuláceas: diversidad, fisiología ambiental y productividad. Boletín de la Sociedad Botánica de México (8), 137-50.

Arizaga, Santiago and Ezcurra, Exequiel. 2002. Propagation Mechanisms in Agave macroacantha (Agavaceae), a tropical arid-land succulent rosette. American Journal of Botany, Vol. 89, No. 4. pp. 632-641.

Bartholomew, D.P., Paul, R.E. and Rohrbach, K.G. 2002. CABI Publishing. University of Hawaii at Manoa, Honolulu. U.S.A. 319 pp.

Bidwell, R.G.S. 1993. Fisiología vegetal. AGT Editor S.A. México

Cushman, J. 2001. Crassulacean Acid Metabolism. A Plastic Photosynthetic Adaptation to Arid Environments. Plant Physiology 127(4): 1439-1448.

Corrales-García, J., Peña-Valdivia, C.B., Razo-Martínez, Y. and Sánchez-Hernández, M. 2004. Acidity changes and pH- buffering capacity of nopalitos (Opuntia spp.). postharvest biology and technology (32) 169-174.

De la Barrera, E. y Andrade, J.L. 2007. Diversidad fisiológica de las plantas mexicanas: el caso de un metabolismo fotosintético especial. Boletín de la Sociedad Botánica de México (81):157-159.

Eguiarte, L. E. y González, A. 2007. De genes y magueyes estudio y conservación de los recursos genéticos del tequila y el mezcal. Ciencias. (87) 28:35.

Eguiarte, L. E. y Souza, V. 2007. Historia natural del Agave y sus parientes: Evolución y Ecología. In: En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México.

18

Esau, K. 1982. Anatomía de las plantas con semilla. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. 512 pp.

Ezcurra, E. 2007. Las adaptaciones morfo-fisiológicas de los agaves a los ambientes áridos y su prospectiva agroindustrial. In: En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Colunga-GarcíaMarín, P., Larqué-Saavedra, A., Eguiarte, L., Zizumbo-Villarreal, D. (Eds). Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México.

Foyer, Ch. 1987. Fotosíntesis. Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V. México. 212 pp.

García de Cortázar, V. and Nobel, P.S. 1991. Prediction and measurement of high annual productivity for Opuntia ficus-indica. Agricultural and Forest Meteorology (56):261-272.

García-Mendoza, A. 2007. Los Agaves de México. Ciencias (87) 14:23.

Hernández, H. M. 2006. La vida en los desiertos mexicanos. Fondo de Cultura Económico. Secretaría de Educación Pública. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Convenio Andrés Bello. México. 188 pp.

Horton, H. R., Moran, L., Ochs, R., Rawn, J. y Scrimgeour, G. 1995. Bioquímica. Prentice-Hall Hispanoamericana S.A. México.

Jordan, P.W.; P.S. Nobel. 1979. Infrequent establishment of seedlings of Agave deserti (Agavaceae) in the northwestern Sonoran desert. American Journal of Botany, 66: 1079-1084.

Keeley, J. E. and Busch, G. 1984. Carbon assimilation Characteristics of the Aquatic CAM Plant, Isoetes howellii. Plant Physiology. (76):525-530.

Kluge, M and Ting, I. 1978. Crassulacean Acid Metabolism. Analysis of an Ecological Adaptation. Springer-Verlag. Berlin. 209 pp.

Lütge, U. 2004. Ecophysiology of Crassulacean Acid Metabolism (CAM). Annals of Botany 93: 629-652.

19

Matías-Palafox, M.L. 2007. Estructura poblacional y biología reproductiva de Turbinicarpus horripilus (Lem.) Vác. John & Riha (Cactaceae). Tesis de maestría. Universidad Autónoma Metropolitana. México. 117 pp.

Nobel, P.S. 1998. Los incomparables agaves y cactos. Trillas. México. 211 pp.

Osmond C.B., Adams III W.W. and Smith S.D. 1994. Crassulacean acid metabolism. In: Pearcy R. W., Ehleringer J., Mooney H.A. y Rundel P.W. Eds. Plant Physiological Ecology. Field Methods and Instrumentation, pp. 255-280, Chapman y Hall, Londres.

Pimienta-Barrios, E., Zañudo-Hernández, J. y García-Galindo, J. 2006. Fotosíntesis estacional en plantas jóvenes de Agavetequilana. Agrociencia 40:699-709. Pimienta-Barrios, E., Zañudo-Hernández, J., Nobel, P.S. y García-Galindo, J. 2007.

Ecofisiología del agave azul (Agave tequilana Weber). In: Colunga-GarcíaMarín, P., Larqué-Saavedra, A., Eguiarte, L. y Zizumbo-Villarreal, D. (Eds). En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México.

Plasencia-López, M. T. 2003. Biología reproductiva de Opuntia bradtiana (Cactaceae) en Cuatro Ciénegas, Coahuila, México. Tesis de Licenciatura. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Autónoma de México. 49 pp.

Raya-Pérez, J. C. y Aguirre-Mancilla, C.L. 2008. Aparición y evolución de la fotosíntesis C4. Revista Chapingo. Serie ciencias forestales y del ambiente 1(14): 45-50. Reyes-Agüero, J.A., Aguirre R. J.R. y Peña Valdivia, C.B. 2000. Biología y

aprovechamiento de Agave lechuguilla Torrey. Boletín de la Sociedad Botánica de México (67): 75-58.

Robert, M.L., Herrera, J.L. y Arce-Montoya, M. 2007. La biotecnología aplicada al mejoramiento genético de los agaves. In Colunga-GarcíaMarín, P., Larqué-Saavedra, A., Eguiarte, L. y Zizumbo-Villarreal, D. (Eds). En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México.

Rosenberg, J. 1982. Química General. Teoría y 611 problemas resueltos. 6ª edición. Serie Schaum.Mc Graw-Hill. México. 318 pp.

20

Sánchez-Urdaneta, A. B., Peña-Valdivia, B., Aguirre R.R., Trejo, C. y Cárdenas, E. 2004. Efectos del potencial de agua en el crecimiento radical de plántulas de Agavesalmiana Otto ex Salm-Dyck. Interciencia (1) 626-631.

Smith, R. L. y Smith, T. M. 2001. Ecología. 4ª edición. Pearson Educación, S. A. España. 664 pp.

Toledo, V. M. y Ordoñez, M. J. 1998. El panorama de la biodiversidad de México: una revisión de los hábitats terrestres. En Ramamoorthy, R., Bye., Lot, A. y Fa. J. (Comps.) 1998. Diversidad Biológica de México, orígenes y distribución. Instituto de Biología Universidad Nacional Autónoma de México. 792 pp.

Valenzuela-Zapata, A. G. 2003. El agave tequilero, cultivo e industria en México. Ediciones Mundi-Prensa. México, D. F. 208 pp.

Wen, H., Wagner, J. and Larcher, W. 1996. Growth and nocturnal acid accumulation during aerly ontogeny of Agave attenuata grown in nutrient solution and in vitro culture. Biologia plantarum 39, 1-11.

21

CAPITULO III. TAMAÑO DE LA SEMILLA Y DESARROLLO DE LA PLÁNTULA DEL MAGUEY Agave salmiana OTTO EX SALM-DYCK

3.1. Resumen

Se determinó la biomasa, longitud, anchura y contenido de humedad de semillas de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey Agave salmiana delaltiplanopotosino zacatecano. Las semillas fueron sembradas en invernadero en tres ocasiones durante el verano y el otoño del año 2008 y verano de 2009. Se registró el desarrollo de la plántula, el que incluyó la emergencia de la hoja cotiledonar así como la longitud y la exposición de las hojas laterales. La biomasa, longitud y anchura de las semillas fueron diferentes estadísticamente (α=0.05) entre variantes. La biomasa fluctuó de 10.77 mg (variante Blanco) a 14.49 mg (variante Liso). La variante Blanco tuvo la menor longitud (7.09 mm) y anchura (5.35 mm) del grupo y la variante Chino la mayor longitud y anchura 8.38 mm y 6.48 mm respectivamente. El contenido de humedad de la semilla fluctuó de 3.2 % a 11.6 % entre variantes y no se encontraron diferencias estadísticas significativas al nivel 0.05 de significancia. La germinación fue epigea. Entre épocas de siembra, las hojas cotiledonares comenzaron a emerger, en promedio, 13 días después que fueron sembradas. La mayor cantidad de hojas cotiledonares, de las tres variantes, se presentó en verano y la menor en invierno, cuando la temperatura descendió hasta -4°C. La longitud de las hojas cotiledonares pareció duplicarse con las temperaturas frías en el invernadero. Las hojas laterales se expusieron desde la base de la hoja cotiledonar y comenzaron a desarrollarse en promedio, 33 días después de la siembra y 18 días después de la emergencia de la hoja cotiledonar.

22

3.2. Abstract

The aim of this research was to characterize the seed mass, dimensions (length and wide) and moisture content of three accessions of maguey Agave salmiana (Blanco, Chino and Liso) from San Luis Potosí, Mexico. Also, it was studied the time and proportion of emergence of those seeds growing in a greenhouse. The seeds were sown over three seasons in summer and fall 2008 and summer 2009. Seedling emergence (cotyledon leaf) and lateral leaves length were assessed. There were statistical differences (α=0.05) among accessions of the seed weight and dimensions. The seed mass range was from 10.7 mg (accession Blanco) to 14.5 mg (accession Liso). Seeds of the accession Blanco had the shortest length (7.1 mm) and wide (5.4 mm), whereas the accession Chino had the longest (8.4 mm) and wide (6.5 mm) seeds. The seed moisture content was of 7.0% among accessions (α=0.05). Agave seeds had epigeal germination. The cotyledon leaves emerged on average 13 days after the seeds were sown. The highest amount of emerged cotyledon leaves registered was in summer, comparing to the fall season, probably due to the lower temperatures (-4°C) registered in the greenhouse. The length of the cotyledon leaves was doubled in the fall season. Lateral leaves started to grow from the base of the cotyledon leaf in average 33 days after the seed was sown and 18 days after the emergence of the cotyledon leaf.

23

3.3. Introducción

El ciclo vital de los magueyes es largo. Se completa al formar semillas; lo cual tarda varios años. Después de la germinación de la semilla, se establece una plántula que crece desarrollando hojas laterales o pencas hasta llegar a la madurez. Con la madurez pronto sucede la floración, donde la inflorescencia o quiote, forma las flores que al ser polinizadas se convierten en frutos. Los frutos producen miles de semillas y se dispersan por el viento (García-Mendoza, 2007).

El maguey Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck presenta reproducción sexual pero principalmente asexual (Tello-Balderas, 1988). Esta es una planta monocotiledónea, pues en su semilla el embrión contiene un cotiledón (Font-Quer, 1977; Bewley and Black, 1994), y exhibe el metabolismo ácido de las crasuláceas (MAC) (García-Mendoza, 2007). Las hojas o pencas de esta especie se desarrollan, exponen y crecen formando una roseta desde un meristemo localizado en la base de la hoja cotiledonar. Por lo que las hojas que conforman un maguey tienen diferente edad (Aguirre R et al., 2001).

Los magueyes producen vástagos vegetativos (hijuelos) antes de la floración, forman semilla una sola vez en su vida, y la mayoría de las especies muere después de ello. Al proceso anterior se le llama monocarpia (Font-Quer, 1977; Nobel, 1998; García-Mendoza, 2007) y semelparidad como patrón reproductivo (Roff, 1992). A. salmiana se considera en proceso de domesticación debido a que ha sido objeto de manejo por miles de años para obtener aguamiel, pulque y mezcal (Gentry, 1982; Eguiarte y Souza, 2007; Illsley et al., 2007).

24

logran establecerse, pocas veces prosperan por falta de condiciones adecuadas para su crecimiento, principalmente la escasa humedad en el suelo, por herbivoria o enfermedades (Tello-Balderas, 1988; Dodd and Donovan, 1999; Eguiarte et al., 2000). No obstante, Jordan y Nobel (1979), estimaron que se pueden establecer individuos de Agave deserti en el desierto sonorense después de algunos años con lluvias. Dichos autores, confirmaron su estimación al registrar, en un área de 1,500 m2 seis plantas pequeñas de esta especie bajo la protección de plantas nodriza. La importancia de los individuos originados de semilla debe ser reconocida, pues son necesarios para mantener la estructura y dinámica de las poblaciones de maguey, y de todas las plantas, ya que su ausencia disminuye la variabilidad genética (Martínez-Morales, 1988; Vázquez-Yañez et al., 1997).

En el área geográfica del altiplano mexicano, en particular en regiones del estado San Luis Potosí, se localizan poblaciones silvestres y cultivadas de A. salmiana (Rzedowski, 1978). En estas poblaciones se han descrito las variantes Blanco, Chino y Liso usadas principalmente para fabricar mezcal (Aguirre R. et al., 2001). En las plantas adultas de estas variantes se observan diferencias morfológicas en sus hojas y espinas laterales; sin embargo, se confirmó recientemente su parentesco genético por medio de análisis de ADN de hoja con técnicas moleculares y las diferencias morfológicas en las plantas jóvenes (Peña-Valdivia et al., 2009).

25

Así, el objetivo de este trabajo, fue realizar un análisis descriptivo de la biomasa y longitud de la semilla y su relación con el desarrollo inicial de las plántulas originadas de semilla, de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey A. salmiana del altiplano potosino zacatecano en invernadero.

3.4. Materiales y métodos Material vegetal

Se usaron semillas de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey A. salmiana provenientes de plantas que crecían silvestres en la región Minera Las Cuevas, San Luis Potosí, México (Cuadro 4), estas semillas fueron recolectadas por el Dr. Juan Rogelio Aguirre Rivera, del IIZD, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México. Las infrutescencias se recolectaron el 18 de octubre del 2003, las cápsulas fueron separadas por secciones según su ubicación en la infrutescencia, (apical, central y basal) colocadas en la sombra y al aire libre, para facilitar su deshidratación, y almacenadas en refrigeración a 5±1°C (Peña-Valdivia et al., 2006). La presente investigación fue realizada durante los años 2008 y 2009 y se utilizaron únicamente las semillas de las cápsulas de la sección central de la infrutescencia.

Antes de la siembra se registraron la biomasa y dimensiones (longitud y anchura) de las semillas individualmente, en una balanza analítica (Scientech SA120) y con un vernier digital (Mituyoto) respectivamente. Para determinar la humedad en las semillas, cada semilla fue partida por la mitad, pesada individualmente, colocada a 70°C por cuatro días y pesada nuevamente. El contenido de humedad, en porcentaje, se calculó conforme la siguiente relación:

26

Cuadro 4. Ubicación geográfica y características del sitio de recolección de las semillas de las variantes Blanco, Chino y Liso de Agavesalmiana (Peña-Valdivia et al.,

2006).

Características y siembra de las semillas

Las semillas fueron sembradas en tres ocasiones distintas durante la época de verano y otoño del año 2008 y verano del 2009. Estas siembras se realizaron en un invernadero del Colegio de Postgraduados, en Montecillo, Estado de México (Latitud N 19°29”, Longitud O 98°54”, Altitud 2250 msnm). Se utilizaron bolsas de polietileno color negro de 30 cm de diámetro y 40 cm de altura. Fueron sembradas 100 semillas de cada variante en el verano y otoño del 2008 y 50 semillas de cada variante en el verano del 2009 (Figura 2), en un diseño completamente al azar con cinco repeticiones.

Se utilizó el mismo sustrato, a capacidad de campo en cada siembra realizada. El sustrato fue una mezcla de suelo agrícola y tezontle en proporción 3:1, con textura migajón arcilloso arenoso, pH 7.73 y 6.22% de materia orgánica. Cada semilla se sembró en un orificio con profundidad aproximada de 1 cm. El riego se realizó con un sistema automático que no restringió el aporte de humedad. La temperatura en el interior del invernadero fue registrada con un Data logger (HOBO).

Sitio Estado Coordenadas y

altitud (msnm)

Temperatura promedio anual (°C) y lluvia anual

(mm)

Clima

Minera las Cuevas

(estación la salitrera)

San Luis Potosí

Latitud N 21°56´ Longitud O

100°35´

Altitud 1890

16

566.8

Seco o árido, inviernos fríos, lluvias en verano con temperaturas entre 7 a 14°C en

27

Figura 2. Diseño de la siembra de semillas en invernadero de las variantes Blanco, Chino y Liso del maguey Agave salmiana.

Variables evaluadas

Se cuantificaron los días que transcurrieron después de cada siembra hasta visualizar las hojas cotiledonares emergidas. De las hojas cotiledonares que emergieron, se midió su longitud después que transcurrieron 33 días de la siembra efectuada en el verano del 2008 y 48 días después de la siembra del otoño del 2008. Además, se registró el tiempo para la exposición de las primeras hojas cotiledonares durante poco más de un mes y de las hojas laterales sucesivas por alrededor de cinco meses.

Análisis estadístico

Los datos obtenidos fueron ordenados y verificados. Con un diseño experimental completamente al azar se realizó el análisis de la varianza de la biomasa, longitud, anchura y contenido de humedad de las semillas de cada variante. También se analizó el número de hojas cotiledonares expuestas, longitud de la hoja cotiledonar y el número de hojas laterales. LOS tratamientos fueron las tres variantes de maguey (Blanco, Chino

28

medias con Tukey (α=0.05) con el programa estadístico SAS (versión 9). Los resultados fueron presentados gráficamente con el programa SigmaPLot (versión 10).

3.5. Resultados Morfometría de las semillas

Las semillas de las tres variantes presentaron testa de color negro brillante, forma de lágrima (lacrimiforme) y caras planas (Figura 3). Con los datos de la biomasa de las semillas de cada variante, se construyeron histogramas de frecuencias (Figura 4), los cuales reflejan una aparente distribución normal de datos, pues la mayoría pertenecen a la masa media de cada variante y el resto se distribuye a su alrededor.

29

Figura 3. Semillas de tres variantes de Agavesalmiana del altiplano potosino zacatecano.

Cuadro 5. Biomasa, longitud y anchura media de las semillas de tres variantes de Agavesalmiana formadas en la sección central de la infrutescencia (± error

estándar).

Valores seguidos por letras distintas indican diferencia significativa según la prueba de comparación de medias de Tukey (p≤0.05).

Variante

Biomasa

media (mg)

n

Longitud

media (mm)

Anchura

media (mm)

n

Blanco 10.8 (± 0.16) a 250 7.0 (±0.09) a 5.4 (± 0.11) a 20

Chino 12.2 (± 0.11) b 250 8.4 (± 0.09) b 6.5 (± 0.10) b 20

30 Masa (mg)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0 20 40 60

Núm

ero

de

sem

ill

as

0 20 40 60 0 20 40 60

Variante Chino Variante Blanco

Variante Liso

31

Desarrollo de la plántula y emergencia de la hoja cotiledonar

Las hojas cotiledonares presentaron germinación epigea (Figura 5), y su emergencia tomó, en promedio entre las épocas de siembra, 13 días. Se presentaron diferencias significativas en la tasa de emergencia de estas estructuras entre variantes y épocas de siembra (α=0.05). Así, 11 días después de la siembra realizada en verano del 2008, la variante Blanco presentó 20 % de hojas cotiledonares emergidas; mientras que, en el mismo tiempo, en las variantes Chino y Liso se contabilizaron el 1 y 4 % de hojas cotiledonares, respectivamente (Cuadro 6) y se encontraron diferencias estadísticas significativas (α=0.05) En la siembra realizada en el otoño del 2008, 18 días después de la misma, la proporción de hojas cotiledonares emergidas de la variante Blanco fue 9% mientras que en las variantes Chino y Liso 3% y 0%, respectivamente. No hubo diferencias significativas (α=0.05) en esta variable.

32

Figura 5. Germinación epigea de una hoja cotiledonar de la variante Chino de Agave salmiana crecida en invernadero en el Colegio de Postgraduados.

Cuadro 6. Promedio de hojas cotiledonares emergidas de tres variantes de A. salmiana 11 días después de la siembra de semillas realizada en verano de 2008 en

invernadero (± error estándar).

Variante Semillas

sembradas

Hojas cotiledonares

emergidas (%) Promedio (± ee)

Chino 100 1 0.2 (± 0.2) a

Liso 100 4 0.8 (± 0.2) a

Blanco 100 20 4.0 (± 1.0) b

Promedio y error estándar de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas). Letras distintas después del valor en la columna promedio indican no

similitud según la prueba de comparación de medias con Tukey (p≤0.05).

El porcentaje medio de hojas cotiledonares emergidas respecto al total de semillas sembradas, en verano del 2008 a 33 días de la siembra, fue de 15.5% entre variantes. En otoño del 2008 a 73 días de la siembra de las semillas, la emergencia fue de 12.3% entre variantes y en verano del 2009 a 28 días de la siembra fue 4.6%. No se presentaron diferencias significativas (α=0.05) de estos porcentajes entre variantes pero si entre épocas de siembra (Figura 6).

33

época de verano del 2008 (Figura 8). Se registró un retraso en la exposición de hojas cotiledonares de 40 días, entre la siembra realizada en otoño del 2008 y la de verano del 2008, principalmente por las temperaturas que llegaron a ser de -4°C en el invierno de ese mismo año. Las hojas cotiledonares comienzan a marchitarse aproximadamente cinco meses después de la siembra de las semillas.

Cuadro 7. Temperaturas máximas, mínimas absolutas y promedio registradas en un invernadero del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México durante los días transcurridos previos a la exposición de las hojas cotiledonares de tres variantes

de A. salmiana.

Siembra Días transcurridos Temperatura (°C)

Promedio Mínima Máxima

30 de mayo del 2008 11 18.0 7.4 29.2

12 de diciembre del 2008 18 17.6 -4.0 50.7

34

Días después de la siembra

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30

H

ojas

co

tile

do

na

re

s e

xp

ue

sta

s (%

)

0 10 20 30 0 10 20

30 Verano del 2008 _n=100

Otoño del 2008

n=100

Verano del 2009 n=50

Figura 6. Porcentaje de emergencia de hojas cotiledonares de las variantes Blanco , Chino y Liso de Agave salmiana crecidas en invernadero después de tres épocas de siembra. Cada punto representa el promedio de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas en verano y otoño del 2008

35

0 10 20 30

H

ojas

cotil

edona

res ex

puest

as (%

)

0 10 20 30

Variante

Blanco Chino Liso

0 10 20 30

Inicio 11 dds Final 33 dds

Inicio 18 dds Final 73 dds

Inicio 11 dds Final 28 dds

Verano del 2008 n=100

Otoño del 2008

n=100

Verano del 2009 n=50

Figura 7. Promedio de hojas cotiledonares emergidas de tres variantes de Agave salmiana en invernadero en tres épocas de siembra. Barra izquierda indica el inicio y barra derecha el final del registro. Error estándar de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas en verano y otoño de 2008 y 10 semillas en verano de 2009). (dds)=días después de la siembra. Barras ausentes indican no registro de hojas

36

Siembra

Verano del 2008 Otoño del 2008 Verano del 2009

H

oja

s

cotiled

ona

res

(

%

)

0 20 40 60 80 100

33 dds 73 dds 28 dds

Figura 8. Porcentaje medio de hojas cotiledonares expuestas de tres variantes de Agavesalmiana en invernadero. Variante Blanco B

C

, Chino

B C

L y Liso En la

siembra de verano y otoño de 2008 se sembraron 100 semillas y 50 semillas en verano del 2009 (dds)=días después de la siembra.

Longitud de las hojas cotiledonares

Las hojas cotiledonares expuestas, alcanzaron en promedio 10.3 mm de longitud cuando transcurrieron 33 días después de la siembra realizada en verano del 2008, independientemente de la variante. Sin embargo, las hojas cotiledonares emergidas después de la siembra efectuada en otoño del 2008, midieron de 20.4 a 29.3 mm de longitud cuando transcurrieron 48 días de la siembra y se presentó un gradiente de longitudes entre las variantes, con la longitud menor y mayor en Liso y Chino, respectivamente (Cuadro 8).

37

Cuadro 8. Longitud media (mm) de hojas cotiledonares de tres variantes de A. salmiana expuestas en invernadero (± error estándar).

Variante 33 dds n 48 dds n

Chino 9.8 (± 1.03) a

26

29.3 (± 1.60) c

31

Blanco 9.8 (± 0.64) a 24.9 (± 2.17) b

Liso 11.2 (± 0.66) a 20.4 (± 1.56) a

Letras distintas después del valor error estándar en la columna longitud media, indican no similitud según la prueba de comparación de medias de Tukey (p≤0.05),

dds=días después de la siembra. Formación de las hojas laterales

La exposición de la primera hoja lateral inició en la base de la hoja cotiledonar en todas las plántulas. Tal exposición ocurrió, en promedio 31 días después de la siembra y 18 días después de la emergencia de la hoja cotiledonar. En verano del 2008, la primera hoja lateral inició su exposición 25 días después de la siembra y el número de hojas expuestas fue significativamente similar entre las variantes (p_൒0.05). Sin embargo, en esta misma época se encontraron diferencias significativas entre variantes, cuando se cumplieron 33 días de la siembra, pues la variante Liso expuso el promedio mayor de esta primera hoja lateral (Cuadro 9).

38

Cuadro 9. Días para exponer la primera hoja lateral en tres variantes de A. salmiana a los 33 días de la siembra en invernadero del verano del 2008 (± error

estándar).

Promedio y error estándar de cinco repeticiones (una repetición es una maceta con 20 semillas). Letras distintas después del valor error estándar en la columna promedio indican no similitud según la prueba de comparación de medias de Tukey

(p≤0.05).

Hoja lateral

0 1 2 3 4 5 6

Tiempo (

D

ías

)

0 20 40 60 80 100

Figura 9. Tiempo (días) de inicio de la exposición de las hojas laterales de plántulas de Agave salmiana crecidas en invernadero después de la siembra realizada

en otoño del 2008. En eje y, 0=día de la siembra de semillas, en eje x, 0=hoja cotiledonar.

Variante Promedio primera hoja lateral desdoblada n

Blanco 4 (±1) a

100

Chino 9 (±1) a